【突破】世界最小的可植入单芯片系统，实现无线体温监测等功能定向轮

【突破】世界最小的可植入单芯片系统，实现无线体温监测等功能

与非网讯 近日，哥伦比亚大学的一支工程师团队，展示了其开发了有史以来最小的可植入单芯片系统，总体积小于0.1 mm³ ，能够在注射植入皮下之后实现测量体内温度等功能。

可植入人体的单芯片系统及功能模块介绍

正如显微镜下拍摄的图片，这款单芯片系统小到能够通过针管来实现人体植入。放大后的单芯片系统呈现出方形的外观，两侧边长约为0.3毫米。想要造出如此精细的可植入单芯片系统，尤其需要在通信和供电方式上花费一些心思。

在体外观测到的鸡体组织植入芯片及测试情况

虽然市面上已有不少小型电子设备集成了具有无线电信号收发功能的射频（RF）模块，但其电磁波波长可能难以与如此小的设备配合使用。不过在特定的情况下，我们还是可以利用波长更小的超声波方案。由于声速远小于电磁波传播的光速级别，研究团队还集成了一个压电MEMS换能器，以将之当做超声波无线供电和通信的核心器件。

在小鼠大脑与后肢植入这款单芯片系统，进行体温测量

结合低功耗温度传感器，研究团队已能够将这款可植入单芯片系统当做感测实时温度的探针。展望未来，还可期待它能发挥血压、血糖、血氧监测等更丰富的临床功能。

此前，该研究团队已在超声神经刺激的活小鼠中证明了可植入单芯片系统的功能。甚至通过肌肉注射的方式，一次将七个可植入单芯片系统送入小鼠体内。

在FUS刺激期间的小鼠坐骨神经温度监测

一般来说，小型电子设备可能采用射频（RF）模块来发送和接收电磁无线电信号，但这些波长太大了，不能用于如此小的设备。另一方面，在给定的频率下，超声波的波长要小得多，因为声波的速度远远低于电磁波传播的光速。因此，该团队安装了一个压电换能器，作为无线供电和通过超声波进行通信的天线。

这与机载低功率温度传感器相结合，将芯片转化为实时温度传感的探针，使其能够监测体温以及由超声波治疗应用驱动的温度波动。这种植入物的能力在实验活体老鼠身上得到了证明，在那里它被用于超声波神经刺激，通过注射器肌肉注射，一次最多可以将七个植入物植入实验老鼠体内。

最终，科学家们设想将这种芯片植入人体，然后通过超声波将测量到的信息无线传输出来。以目前的形式，这仅限于体温，但未来可能还会包括血压，血糖水平和呼吸功能等信息。

领导该项研究的科学家表示：我们想看看，我们能把芯片的功能缩小到什么程度。这是‘芯片即系统’的新概念 —— 这是一种单独的芯片，不需要其他任何东西，就是一个完整的电子系统。这对于开发无线微型植入式医疗设备来说应该是革命性的，这种设备可以感知不同的东西，用于临床应用，并最终被批准用于人类。

有关这项研究的详情，已经发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上。

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